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Inhalt Vorwort Zellbiologische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 Prokaryotische und eukaryotische Zelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Die prokaryotische Zelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Die eukaryotische Zelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 3 2 8 Die Zelle als Grundeinheit des Lebens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vom Gen zum Merkmal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1 Die Erbsubstanz und deren Replikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.1 Bausteine der Nukleinsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.2 Struktur der Polynukleotide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Exkurs: Die Chromosomen des Menschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2 Der genetische Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3 3.1 3.2 3.3 Die Proteinbiosynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Die Transkription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Die Translation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Die Proteinbiosynthese bei Prokaryoten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Exkurs: Proteine – Moleküle des Lebens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 4 Biologische Syntheseketten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.1 Genwirkketten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.2 Genwirkketten im Phenylalanin-Stoffwechsel des Menschen . . . . . . . . . . 45 5 Mutationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 5.1 Mutagene und Mutationsrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 5.2 Formen und Folgen von Mutationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 6 Regulation von Stoffwechselvorgängen – Genregulation bei Bakterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 6.1 Genregulation durch Substrat-Induktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 6.2 Genregulation durch Endprodukt-Repression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Fortsetzung nächste Seite Informationsverarbeitung im Nervensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 1 Bau und Funktion der Nervenzelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 1.1 Bau der Nervenzelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Exkurs: Die Biomembran – Abgrenzung und Austausch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 1.2 Entstehung des Ruhepotenzials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 1.3 Entstehung des Aktionspotenzials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 1.4 Weiterleitung von Aktionspotenzialen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 1.5 Erregungsleitung an der Synapse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2 Codierung und Verarbeitung der Informationen an Nervenzellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 2.1 Codierung der Information an Axonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 2.2 Synaptische Verschaltung und Verrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 3 Das Zentralnervensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 3.1 Aufbau des Rückenmarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 3.2 Aufbau des Gehirns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Ökologische Verflechtungen und nachhaltige Nutzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 1 1.1 1.2 1.3 Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen und ihrer Umwelt . . . . Grundbegriffe in der Ökologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Abiotische und biotische Faktoren und deren Wirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . Ökologische Nische und Habitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 124 125 132 Stoff- und Energiefluss im Ökosystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Biomasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nahrungsbeziehungen in Ökosystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stoff- und Energiefluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stoffkreisläufe – der biogeochemische Stickstoffkreislauf . . . . . . . . . . . . . . . Exkurs: Kohlenstoff- und Wasserkreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 Aquatische Systeme – stehende Gewässer /Fließgewässer . . . . . . . . . . . . . . 2.6 Terrestrische Systeme – Wald /naturnaher Park . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 137 137 140 147 149 151 158 3 3.1 3.2 3.3 169 169 171 2 2.1 2.2 2.3 2.4 Populationen und deren Dynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Klimaregeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Temperaturbeziehungen – gleich- und wechselwarme Lebewesen . . . . Verflechtungen in Lebensgemeinschaften – Beziehungen der Lebewesen zueinander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 4 Menschliche Eingriffe in die Natur – Nachhaltige Nutzung und Erhaltung von Ökosystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Nachhaltige Nutzung und Bewirtschaftung und deren Konsequenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Chemische Schädlingsbekämpfung und biologischer Pflanzenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Lösungsstrategien im Konflikt zwischen Nutzungs- und Schutzansprüchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 184 187 188 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 Bildnachweis Autoren: Dr. Werner Bils, Rolf Brixius Hinweis: Die in diesem Buch angegebenen Verweise auf weitere relevante Textstellen sowie das Stichwortverzeichnis beziehen sich gleichzeitig auf den Band Biologie 2, Verlags-Nr. 54702. Befinden sich die Fundstellen im anderen Band, werden sie durch die vor der Seitenzahl in Klammern aufgeführte Ziffer 2 (für Biologie 2) gekennzeichnet.
